에어포일 동작: Clark Y-14 날개의 압력 분포

익형은 접근 공기(프리 스트림 압력)의 압력과 관련하여 상부 표면의 낮은 게이지 압력과 낮은 표면에 더 높은 게이지 압력을 통해 다양한 각도의 공격 각도에서 리프트를 개발합니다. 에어포일 의 표면에 평행한 전단 힘이 무시되는 경우(일반적으로 리프트에 대한 기여도는 작음), 총 압력력은 익선에 의해 생성된 리프트의 이유입니다. 도 1은 익선위에 대한 압력 분포의 회로도를 나타낸다.

그림 1. 익선에 대한 압력 분포.

비차원 압력 계수, C_p,익형에 임의의 지점에 대한 다음과 같이 정의된다:

(1)

P가 절대 압력인 경우 _P∞는 방해받지 않는 자유 스트림 압력, P_게이지 = P - P ∞ 게이지 압력이며, 자유 스트림 밀도, _∞,및 공기 속도, V_∞기반의 동적 압력입니다.

비차원 리프트 계수 C_l도 마찬가지로 정의됩니다.

(2)

여기서 L'은 단위 범위당 리프트이며 c는 익선의 코드 길이입니다.

앞가장자리를 따라 있는 점을 제외하고 압력 힘은 리프트와 거의 같은 방향으로 균일하게 위쪽으로 가리킵니다. 따라서 작은 공격 각도에서 리프트 계수를 다음으로 추정할 수 있습니다.

(3)

여기서 x는 앞가장자리에서 시작하여 원점이 있는 수평 좌표 위치입니다.

에어포일 성능은 레이놀즈 번호인 Re를 고려하며, 이는 다음과 같이 정의됩니다.

(4)

μ 새로운 매개 변수가 유체의 역학 점도인 곳입니다.

여기서, 익형을 따라 전체 압력 분포는 날개에 내장된 19개의 작은 튜브로 측정되고 압력 트랜스듀서에 부착된다. 클라크 Y-14 익포일은 그림 2에 표시됩니다. 두께가 14%이며 코드 길이의 30%에서 후면까지 하부 표면에 평평합니다.

그림 2. 게이지 압력 포트의 위치와 클라크 Y-14 날개의 익선 프로필.

게이지 압력은 물 인치 졸업으로 표시된 액체 오일로 채워진 24 열이있는 기마계 패널을 사용하여 측정됩니다. 게이지 압력 판독값은 다음 방정식을 사용하여 결정됩니다.

(5)

여기서 Δh는 자유 스트림 압력을 참조하여 기마계의 높이 차이인 경우, θ_L은 기마계내의 액체밀도이며, g는 중력으로 인한 가속이다.

압력 분포가 얻어지면 비차원 리프트 계수 C_l은수학식 3을 평가하기 위해 수치적으로 결정될 수 있습니다.

(6)

여기서 Δx_i는 인접한 포트 2개 사이의 증분입니다.

랩의 결과는 표 1과 표 2에표시됩니다. 데이터는 0, 4 및 8°에서 공격 각도에 대해 압력 계수, C_p대 압력 포트 좌표, x/c를 보여 주며 도 3에플롯됩니다. 시각적으로 직관적이기 위해 음수 C_p 값이 가로 축 위에 플롯됩니다. 이는 상부 표면(차트의 상단 선)이 대부분 음압이고 낮은 표면(차트의 하단 라인)이 대부분 양압임을 보여주기 위한 것이다.

그림 3에서 압력은 앞가장자리 직후 크게 변경됩니다: 압력은 최소(또는 최대 절대) 값에 약 5% - 15% 화음 길이로 도달합니다. 그 결과, 리프트의 절반은 익선 화일의 화음 길이의 1 분기에 생성된다. 또한, 상부 표면은 낮은 표면보다 더 많은 리프트를 기여합니다 : 모든 3 의 경우, 상부 표면은 전체 리프트의 약 70 - 80 %에 기여합니다. 따라서 날개 상단에 깨끗하고 단단한 표면을 유지하는 것이 중요합니다.

압력 포트 #	포트좌좌 x/c	기마계에서 P 게이지 (물)	계산된 압력 계수 Cp
1	0.0	3.7	1.00
2	0.05	-1.2	-0.67
3	0.10	-3.0	-1.00
4	0.2	-3.9	-0.79
5	0.3	-3.4	-0.57
6	0.4	-3.0	-0.55
7	0.5	-2.5	-0.53
8	0.6	-2.3	-0.33
9	0.7	-1.5	-0.31
10	0.8	-0.8	-0.20
11	0.05	-0.7	1.00
12	0.10	-0.6	0.29
13	0.2	-0.3	0.28
14	0.3	-0.2	0.24
15	0.4	0.1	0.22
16	0.5	0.1	0.21
17	0.6	0.2	0.21
18	0.7	0.2	0.21
19	0.8	0.3	0.21

표 1. 실험 결과는 공격 각도가 0입니다.

그림 3. 압력 계수 분포, C_p,대 위치 좌표, x/c.

공격 각도	리프트 계수 cl
0°	0.53
4°	0.89
8°	1.29

표 2. 리프트 계수, c_l,압력 분포에 따라 추정 (Re = 2.34 x 10^5).

매개 변수	값
공기 밀도 θ	0.00230 슬러그/피트3
수밀도 θL	1.935 슬러그/피트3
중력 가속 g	32.17 피트/s2
점도 m	3.79 x 10-7 lbf*s/ft2
프리 스트림 공기 속도 V∞	90 mph
레이놀즈 번호 Re	2.34 x 105
코드 길이 c	3.5 에서

표 3. 계산에 사용되는 매개 변수입니다.

익형의 압력 분포는 선적의 성능을 특성화하기 위해 리프트 생성 및 중요한 정보와 직접 관련이 있습니다. 익형 설계자는 압력 분포를 조작하여 익형의 원하는 특성을 획득합니다. 따라서 압력 분배 정보는 항공기 개발 중 공기역학 분석의 기초입니다.

이 실험에서는, 클라크 Y-14의 압력 분포는 풍동에서 조사되었고, 19개의 압력 측정 포트는 익형의 상부 및 하부 표면을 따라 압력 분포를 찾기 위해 만들어졌다. 리프트 계수는 압력 분포 데이터에서도 합리적으로 계산됩니다.